(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気の供給が行われる空気通路の端部に形成されてエンジンのシリンダに開口された空気吸入口と、燃焼ガスが排出される排気通路の端部に形成されて前記シリンダに開口された排気口と、混合気の供給が行われる混合気通路の端部に形成されて前記シリンダ内を摺動するピストンの摺動によりエンジンのクランク室に選択的に連通される混合気吸入口と、一端が前記クランク室に連通された掃気通路の他端に形成されて前記シリンダに開口された掃気口とを有し、前記ピストンの外周部にこのピストンの摺動位置に応じて前記空気吸入口と前記掃気口とを選択的に連通させる凹部が形成された層状掃気２サイクルエンジンにおいて、
前記掃気通路の容積がエンジン排気量の４０〜６０％に形成されていることを特徴とする層状掃気２サイクルエンジン。
【請求項２】
前記シリンダはシリンダブロック内に形成され、
前記クランク室はクランクケース内に形成され、
前記シリンダブロックの一端に形成されたシリンダブロックフランジ部と前記クランクケースの一端に形成されたクランクケースフランジ部とを接合させて前記クランクケースと前記シリンダブロックとが連結され、
前記掃気通路は、前記シリンダブロック内に形成されて前記シリンダの軸心方向と略平行に延出した垂直通路部と、前記シリンダブロックフランジ部に前記シリンダを囲む形状に形成された溝部を前記クランクケースフランジ部で覆うことにより形成された水平通路部とにより形成されていることを特徴とする請求項１記載の層状掃気２サイクルエンジン。
【請求項３】
前記クランク室内にクランク軸が回転自在に設けられ、
前記クランク軸に一対のクランクウェイトが固定され、
前記クランケースフランジ部の前記溝部を覆う部分であって、前記クランク室内に配置された一対の前記クランクウェイトの間の位置に第２の凹部が形成され、この第２の凹部が前記水平通路部に連通されていることを特徴とする請求項２記載の層状掃気２サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、層状掃気２サイクルエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの燃焼室から排出される燃焼ガス（排気ガス）中のＴＨＣ（炭化水素の総量）の減少、及び、燃料消費率の低減を目的とした層状掃気２サイクルエンジンの開発・実用化が進められている。このような層状掃気２サイクルエンジンは、ピストンの上昇時に掃気通路内に空気のみを吸入しておき、掃気時に、掃気通路内に吸入しておいた空気を混合気に先立って燃焼室内に供給することにより燃焼ガスの掃気を空気のみで行うようにし、この掃気時に混合気の一部が燃焼ガスと共にエンジン外へ排気されることを防止するようにしたエンジンであり、再公表特許ＷＯ９８／５７０５３、特開２００１−２７１２２等に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した層状掃気２サイクルエンジンでは、掃気通路の容積が十分でなく、掃気通路内に十分な量の空気を吸入できないため、掃気時に混合気の一部が依然として燃焼ガスと共に排出されてしまい、ＴＨＣの減少や燃料消費率の低減を十分に図れないという問題がある。
【０００４】
なお、クランクケースやシリンダブロックの肉厚を厚くすれば、掃気通路の容積を大きくしてその掃気通路内に十分な量の空気を吸入させることが可能であるが、それでは、必要以上にエンジンが大型化、重量アップするという問題が生じる。
【０００５】
本発明の目的は、ピストンの上昇時に十分な量の空気を掃気通路内に吸入させ、エンジンの出力や加速性能を維持しつつＴＨＣの減少や燃料消費率の低減を十分に図ることができる層状掃気２サイクルエンジンを提供することである。
【０００６】
本発明の目的は、エンジンの大型化や重量アップを抑えつつＴＨＣの減少や燃料消費率の低減を十分に図ることができる層状掃気２サイクルエンジンを提供することである。
【０００７】
本発明の目的は、掃気通路を介して行う燃焼室への混合気の供給を円滑に行える層状掃気２サイクルエンジンを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、空気の供給が行われる空気通路の端部に形成されてエンジンのシリンダに開口された空気吸入口と、燃焼ガスが排出される排気通路の端部に形成されて前記シリンダに開口された排気口と、混合気の供給が行われる混合気通路の端部に形成されて前記シリンダ内を摺動するピストンの摺動によりエンジンのクランク室に選択的に連通される混合気吸入口と、一端が前記クランク室に連通された掃気通路の他端に形成されて前記シリンダに開口された掃気口とを有し、前記ピストンの外周部にこのピストンの摺動位置に応じて前記空気吸入口と前記掃気口とを選択的に連通させる凹部が形成された層状掃気２サイクルエンジンにおいて、前記掃気通路の容積がエンジン排気量の４０〜６０％に形成されている。
【０００９】
したがって、掃気通路内に十分な量の空気が吸入されることになり、この掃気通路内に吸入された空気を用いて燃焼ガスの掃気を行うことにより、掃気時に混合気の一部が排気ガスと共に排気通路からエンジン外に排出されるということを防止でき、排気ガス中のＴＨＣの減少、及び、燃料消費量の低減を十分に図ることができる。しかも、掃気時に多量の空気が燃焼室内に残留して混合気の空燃費を悪くするということが起こらず、エンジンの出力や加速性能を維持することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の層状掃気２サイクルエンジンにおいて、前記シリンダはシリンダブロック内に形成され、前記クランク室はクランクケース内に形成され、前記シリンダブロックの一端に形成されたシリンダブロックフランジ部と前記クランクケースの一端に形成されたクランクケースフランジ部とを接合させて前記クランクケースと前記シリンダブロックとが連結され、前記掃気通路は、前記シリンダブロック内に形成されて前記シリンダの軸心方向と略平行に延出した垂直通路部と、前記シリンダブロックフランジ部に前記シリンダを囲む形状に形成された溝部を前記クランクケースフランジ部で覆うことにより形成された水平通路部とにより形成されている。
【００１１】
したがって、水平通路部は、シリンダブロックフランジ部に形成した溝部をクランクケースフランジ部で覆うことにより形成されているので、この水平通路部を形成するためにシリンダブロックやクランクケースを大型化させる必要がなく、エンジンの大型化や重量アップを抑えつつ掃気通路の容積をエンジン排気量の４０〜６０％に形成することができる。
【００１２】
また、水平通路部は、シリンダブロックフランジ部に形成した溝部をクランクケースフランジ部で覆うことにより形成されているので、溝部を形成するための中子の抜き方向がシリンダを形成するための中子の抜き方向と同じであり、複雑な中子を使用することなく水平通路部の形成を簡単に行える。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明の層状掃気２サイクルエンジンにおいて、前記クランク室内にクランク軸が回転自在に設けられ、前記クランク軸に一対のクランクウェイトが固定され、前記クランケースフランジ部の前記溝部を覆う部分であって、前記クランク室内に配置された一対の前記クランクウェイトの間の位置に第２の凹部が形成され、この第２の凹部が前記水平通路部に連通されている。
【００１４】
したがって、クランク室内に流入した混合気は、第２の凹部から掃気通路内に流入し、掃気通路を経由して燃焼室に供給されるが、この第２の凹部から掃気通路内への混合気の流入は、クランクウェイトがどのような回転位置に位置する場合であってもクランクウェイトに妨げられることなく安定して行われる。これにより、掃気通路を介して行う燃焼室への混合気の供給を円滑に行える。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態の層状掃気２サイクルエンジンは、シリンダブロック１とクランクケース２とを連結することにより形成されている。シリンダブロック１とクランクケース２との連結は、クランクケース２の一端に形成されたクランクケースフランジ部３（図５参照）と、シリンダブロック１の一端に形成されたシリンダブロックフランジ部４（図６参照）とを面接合させ、ボルトで締め付けることにより行われている。
【００１６】
クランクケース２にはクランク室５が形成形成されており、このクランク室５内にはクランク軸６が回転自在に軸支されている。クランク軸６には一対のクランクウェイト７が連結され、クランク軸６の両端はクランクケース２の外部に突出している。
【００１７】
また、クランクケース２は前後（クランク軸６の軸心方向）に２分割して形成されたものが接合され、ボルトで締付固定されている。そして、２分割されて接合されたクランクケース２の接合面の箇所には、後述する掃気通路に連通される凹部８が形成されている。この凹部８は、２つのクランクウェイト７の間の部分に対向する位置に一対形成されている（図５参照）。
【００１８】
シリンダブロック１には、シリンダ９、空気通路１０、混合気通路１１、排気通路１２、掃気通路１３が形成されている。
【００１９】
シリンダ９内にはピストン１４が摺動自在に設けられており、このピストン１４とクランク軸６とがコンロッド１５により連結されている。
【００２０】
空気通路１０は、層状掃気を行うための空気を吸入するための通路であり、その入口側は１つで、出口側が２つに分岐されている。出口側の先端には空気吸入口１６が形成されており、この空気吸入口１６はシリンダ９に開口されている。
【００２１】
混合気通路１１は、燃料としての混合気を吸入するための通路であり、その出口側の先端には混合気吸入口１７が形成されている。この混合気吸入口１７はシリンダ９に開口されているが、ピストン１４が上死点側に摺動している所定のタイミングのときにクランク室５に連通され、それ以外のときはピストン１４により閉止されている。
【００２２】
排気通路１２は、シリンダ９の内周面とピストン１４の上端面とにより囲まれて形成される燃焼室１８内での燃焼により発生した燃焼ガスをエンジン外に排出するための通路であり、その一端にはシリンダ９に開口された排気口１９が形成されている。排気通路１２の他端側にはマフラ（図示せず）が接続されている。
【００２３】
掃気通路１３は、一端がクランク室５に連通されて他端にシリンダ９に開口された掃気口２０が形成された通路である。この掃気通路１３には、ピストン１４の上昇時に空気通路１０を経由した空気が吸入され、掃気時にその空気が燃焼室１８内に流出することにより燃焼室１８内の燃焼ガスの掃気が行われる。さらに、その掃気後に、この掃気通路１３を経由してクランク室５内の混合気が燃焼室１８内へ供給される。
【００２４】
また、掃気通路１３は、シリンダブロック１内に形成されてシリンダ９の軸心方向と略平行に延出した垂直通路部１３ａと、シリンダブロックフランジ部４とクランクケースフランジ部３との接合部分に形成された水平通路部１３ｂとにより形成されている。水平通路部１３ｂは、シリンダブロックフランジ部４にシリンダ９を囲む弧状に形成された溝部２１（図６参照）を、クランクケースフランジ部３で覆うことにより形成されている。そして、この水平通路部１３ｂの一端が垂直通路部１３ａに連通され、水平通路部１３ｂの他端が凹部８に連通されている。このようにして垂直通路部１３ａと水平通路部１３ｂとにより形成される掃気通路１３の容積は、エンジンの排気量の４０〜６０％の大きさに形成されている。
【００２５】
ピストン１４の外周部の一部には凹部２２が形成されている。この凹部２２は、ピストン１４の摺動位置に応じて、空気吸入口１６と掃気口２０とを選択的に連通させる。なお、ピストン１４の外周部に凹部２２を形成することにより、ピストン１４の内周部における凹部２２に対応する位置には、凸部２２ａが形成されている（図３、図８、図１２参照）。
【００２６】
ここで、空気吸入口１６と掃気口２０とは、ピストン１４の周方向に沿って近接して形成され、ピストン１４の周方向に沿った６０度以内の範囲内に形成されている（図３参照）。
【００２７】
また、凹部２２は、ピストン１４の軸心方向に長い形状に形成されている（図１、２等参照）。
【００２８】
また、空気吸入口１６と掃気口２０と凹部２２と混合気吸入口１７との位置関係により、ピストン１４の上昇時に、空気吸入口１６と掃気口２０とが凹部２２により連通されるタイミングが、混合気吸入口１７がクランク室５に連通されるタイミングより遅くならないように設定されている。具体的には、クランク角度が１０９．５度を超えたときに空気吸入口１６と掃気口２０との凹部２２による連通が開始され（図１参照）、クランク角度が１２７．７度を超えたときに混合気吸入口１７のクランク室５への連通が開始される（図２参照）。
【００２９】
また、クランクウェイト７の外周側縁部には、クランク軸６の回転時にピストン１４の凸部２２ａとの干渉を避けるための面取り部２３が形成されている（図８、図１２参照）。
【００３０】
このような構成において、図１はピストン１４が上昇している過程において、クランク角度が下死点位置から１０９．５度になった状態である。この状態は、空気吸入口１６と掃気口２０とが凹部２２により連通される直前の状態であり、掃気通路１３への空気の吸入は開始されていない。また、混合気吸入口１７はピストン１４の外周面により閉止されており、クランク室５への混合気の吸入も開始されていない。
【００３１】
図２は、クランク角度が下死点位置から１２７．７度になった状態である。この状態では、空気吸入口１６と掃気口２０とが凹部２２により連通され、外部の空気が矢印で示すように、空気通路１０と凹部２２とを経由して掃気通路１３内に吸入される（より正確には、掃気通路１３を経由してクランク室５に向けて吸入される）。なお、混合気吸入口１７はピストン１４の外周面により依然として閉止されており、クランク室５への混合気の吸入も開始されていない。図３は図２におけるＡ―Ａ線断面図である。
【００３２】
図７は、ピストンが上死点に上昇した状態である。この状態では、空気吸入口１６と掃気口２０との凹部２２による連通状態が引き続き維持され、外部の空気が矢印で示すように、空気通路１０と凹部２２とを経由して掃気通路１３内に吸入されている。また、混合気吸入口１７がクランク室５に連通され、混合気が矢印で示すように混合気通路１１を経由してクランク室５内に吸入されている。なお、空気吸入口１６が直接クランク室５に連通することは、ピストン１４により阻止されている。
【００３３】
図９は、燃焼室１８内での点火・爆発によりピストン１４が下降し、排気口１９が開口されて燃焼ガスが排気通路１２を経由して排出されている状態である。このとき、掃気口２０はピストン１４により閉止され、掃気通路１３は燃焼室１８に連通されていない。
【００３４】
図１０は、図９の状態より僅かにピストン１４が下降した状態であり、掃気口２０が燃焼室１８に連通された状態となる。これにより、掃気通路１３内に吸入されていた空気が掃気口２０から燃焼室１８内に流入し、この空気による燃焼室１８内の燃焼ガスの掃気が開始される。
【００３５】
図１１は、ピストン１４が下死点位置まで下降した状態であり、掃気通路１３内に吸入されていた空気の後からクランク室５内に吸入されていた混合気が掃気通路１３を経由して燃焼室１８内に流入している。そして、この掃気時において、空気と混合気とが層状になって燃焼室１８内に流入し、燃焼ガスの掃気はほとんど空気により行われ、この掃気時に混合気が燃焼ガスと共に排気口１９から排出されるということが防止される。これにより、排気ガス中のＴＨＣを減少させることができるとともに、燃料消費率の低減を図ることができる。
【００３６】
図１３は、掃気通路容積比（掃気通路の容積／エンジン排気量（１気筒当り））と、ＴＨＣ排出率、出力、加速性能との関係を示したグラフである。この図１３のグラフから、掃気通路容積比を４０〜６０％とすることにより、ＴＨＣ排出率を抑えつつ、出力の維持と加速性能の維持とを図れるということがわかる。
【００３７】
この理由は、掃気通路１３内に十分な量の空気を吸入することができるとともに、必要量以上の空気が掃気通路１３内に吸入されることを防止するとともに掃気時に多量の空気が燃焼室内に残留して混合気の空燃費を悪くするということが起こらないためである。
【００３８】
ここで、水平通路部１３ｂは、シリンダブロックフランジ部４に形成した溝部２１をクランクケースフランジ部３で覆うことにより形成されているので、この水平通路部１３ｂを形成するためにシリンダブロック１やクランクケース２を大型化する必要がなく、エンジンの大型化や重量アップを抑えつつ掃気通路１３の容積をエンジン排気量の４０〜６０％に形成することができる。
【００３９】
また、水平通路部１３ｂは、シリンダブロックフランジ部４に形成した溝部２１をクランクケースフランジ部３で覆うことにより形成されているので、溝部２１を形成するための中子の抜き方向がシリンダ９を形成するための中子の抜き方向と同じであり、複雑な中子を使用することなく水平通路部１３ｂの形成を簡単に行える。
【００４０】
掃気通路１３とクランク室５との連通は、凹部８により行われ、この凹部８は、クランク室５の内周部における一対のクランクウェイト７の間の部分に対向する位置に形成されている。このため、クランク軸６の回転時において、凹部８とクランクウェイト７との間には常に一定の隙間が確保されているため、クランクウェイト７がどのような位置に回転している場合でも、凹部８から掃気通路１３内への混合気の流入がクランクウェイト７により妨げられるということが起こらず、通気通路１３を介して行われる燃焼室１８への混合気の供給を円滑に行える。このため、低速域から高速域への加速性能が悪くなることや、アイドリングからの急加速時にエンジンが停止するということが防止される。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の層状掃気２サイクルエンジンによれば、掃気通路の容積がエンジン排気量の４０〜６０％に形成されているので、掃気通路内に十分な量の空気を吸入させることができ、この掃気通路内に吸入された空気を用いて燃焼ガスの掃気を行うことにより、掃気時に混合気の一部が排気ガスと共に排気通路からエンジン外に排出されるということを防止でき、排気ガス中のＴＨＣの減少及び燃料消費量の低減を十分に図ることができ、しかも、掃気時に多量の空気が燃焼室内に残留して混合気の空燃費を悪くするということが起こらず、エンジンの出力や加速性能を維持することができる。
【００４２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の層状掃気２サイクルエンジンにおいて、掃気通路は、シリンダブロック内に形成されてシリンダの軸心方向と略平行に延出した垂直通路部と、シリンダブロックフランジ部にシリンダを囲む形状に形成された溝部をクランクケースフランジ部で覆うことにより形成された水平通路部とにより形成されているので、この水平通路部を形成するためにシリンダブロックやクランクケースを大型化させる必要がなく、エンジンの大型化や重量アップを抑えつつ掃気通路の容積をエンジン排気量の４０〜６０％に形成することができる。また、シリンダブロックフランジ部に溝部を形成するための中子の抜き方向がシリンダを形成するための中子の抜き方向と同じであり、複雑な中子を使用することなく水平通路部の形成を簡単に行うことができ、ひいては、エンジン排気量の４０〜６０％の容積を有する掃気通路の形成を簡単に行うことができる。
【００４３】
請求項３記載の発明によれば、クランクウェイトがどのような回転位置に位置する場合であっても、クランクウェイトにより第２の凹部から掃気通路内への混合気の流入が妨げられるということを防止でき、掃気通路を介して行う燃焼室への混合気の供給を円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態の層状掃気２サイクルエンジンを示す縦断正面図である。
【図２】  空気吸入口からの空気の吸入が行われている状態を示す縦断正面図である。
【図３】  図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】  シリンダブロックを示す側面図である。
【図５】  クランクケースを示す平面図である。
【図６】  シリンダブロックを示す底面図である。
【図７】  ピストンが上死点に位置し、空気吸入口からの空気の吸入と混合気吸入口からの混合気の吸入とが行われている状態を示す縦断正面図である。
【図８】  その縦断側面図である。
【図９】  燃焼ガスの排気が行われている状態を示す縦断正面図である。
【図１０】  掃気が開始された直後の状態を示す縦断正面図である。
【図１１】  ピストンが下死点に下降した状態を示す縦断正面図である。
【図１２】  その縦断側面図である。
【図１３】  掃気通路容積比と、ＴＨＣ排出率、出力、加速性能との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１      シリンダブロック
２      クランクケース
３      クランクケースフランジ部
４      シリンダブロックフランジ部
５      クランク室
６      クランク軸
７      クランクウェイト
８      凹部（第２の凹部）
９      シリンダ
１０      空気通路
１１      混合気通路
１２      排気通路
１３      掃気通路
１３ａ    垂直通路部
１３ｂ    水平通路部
１４      ピストン
１６      空気吸入口
１７      混合気吸入口
１９      排気口
２０      掃気口
２１      溝部
２２      凹部
【図１】
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【図２】
0004535418.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004535418.tif 000011
【図１１】
0004535418.tif 000012
【図１２】
0004535418.tif 000013
【図１３】
0004535418.tif 000014